Evolución del USB: De los cables desordenados a la tecnología de alta velocidad

¿Recuerda el enredo de cables que desordenaban los escritorios de las computadoras en la década de 1990? La era de las interfaces serie, paralela y propietaria convirtió la conexión de dispositivos periféricos en una pesadilla. La introducción del Bus Serie Universal (USB) revolucionó este panorama, reemplazando los conectores voluminosos con la interfaz USB Tipo-A (USB-A) compacta y asequible. Hoy en día, miles de millones de dispositivos USB se utilizan diariamente, lo que convierte al USB en la interfaz cableada dominante para computadoras portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes.

El USB ha experimentado múltiples iteraciones (ver la Tabla 1), cada una de las cuales refina cómo los cables se conectan, se comunican y suministran energía a computadoras, dispositivos móviles y periféricos. El último estándar USB4, como sus predecesores, representa un avance significativo en las velocidades de transferencia de datos, la resolución de video y las capacidades de suministro de energía.

Los dispositivos modernos suelen presentar al menos tres tipos distintos de puertos USB. Entre ellos, el USB-C ha ganado protagonismo en los equipos más nuevos debido a su tamaño compacto, sus rápidas velocidades de transferencia de datos y su capacidad para suministrar hasta 240W de energía. Los cables USB-C también admiten la transmisión de video 4K y 8K de alta resolución. Aunque funcionalmente similares, los puertos Lightning utilizan un diseño de conector diferente.

El diseño del conector USB-C juega un papel crucial en las velocidades de transferencia de datos. Cada conector USB Tipo-C contiene cuatro pares de pines (llamados "carriles") dedicados a la transmisión (TX) y recepción (RX) de datos. USB 3.0 (5 Gbps) y USB 3.1 (10 Gbps) utilizan un carril TX y un carril RX, y la orientación determina qué carriles están activos. USB 3.2 aprovecha los cuatro carriles para lograr velocidades de 20 Gbps.

La convención de nomenclatura actual de USB 3.2 combina la velocidad con el recuento de carriles. Por ejemplo, USB 3.2 Gen 1×2 denota 5 Gbps × 2 carriles para una velocidad total de 10 Gbps. Tanto USB4 Gen 2×2 (comercializado como USB4 20Gbps) como USB 3.2 Gen 2×2 ofrecen conexiones de 20 Gbps. USB4 Gen 3×2 (USB4 40Gbps) emplea un esquema de codificación de datos distinto para lograr 20 Gbps por carril, lo que suma un total de 40 Gbps en modo de doble carril.

USB4 (estilizado oficialmente sin espacio) representa una actualización importante que no solo introduce nuevas capacidades, sino que también aborda el confuso esquema de nomenclatura USB 3.x al tiempo que ofrece una experiencia de usuario más predecible. El protocolo USB4 exige cables USB-C a USB-C.

Transferencia de datos a 40 Gbps: Los dispositivos USB4 deben admitir 20 Gbps (2,4 GB/s), con soporte opcional de 40 Gbps (4,8 GB/s) cuando se utilizan cables Gen 3 más cortos de 0,8 metros.

Múltiples protocolos de datos y visualización: USB4 emplea la tunelización de protocolos para admitir USB 3.2, PCIe y DisplayPort 1.4a. La compatibilidad con DisplayPort y Thunderbolt 3 se mantiene a través del Modo Alt.

Compatibilidad con versiones anteriores: USB4 mantiene la compatibilidad con los estándares USB 3.2, USB 2.0 y Thunderbolt 3 a través del Modo TB3 Alt.

Asignación dinámica de ancho de banda: A diferencia de la asignación de ancho de banda fija de USB 3.2 (o el 100% del ancho de banda de video en el Modo DP Alt), USB4 distribuye dinámicamente el ancho de banda entre video y datos en función de las demandas en tiempo real.

Carga de 100W: Todos los dispositivos USB4 admiten la entrega de energía USB (USB PD), negociando contratos de energía de hasta 100W (5A/20V) cuando se conectan a puertos USB4.

Los productos compatibles con Thunderbolt™ 3 ya están entrando en el mercado, ofreciendo el cuádruple de suministro de energía y velocidades de transferencia de datos bidireccionales de USB 3.2 Gen 2, al tiempo que crean posibilidades informáticas sin precedentes para dispositivos personales.

Diseñado para dispositivos más delgados y ligeros, USB-C funciona igual de bien en teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles. Muchas computadoras portátiles modernas han eliminado por completo los puertos USB-A y RJ45 Ethernet, confiando únicamente en USB-C para video, redes, transferencia de datos y carga. Este cambio ha impulsado la adopción de USB-C como el conector fuente estándar para los protocolos Thunderbolt™ 3, DisplayPort, MHL y HDMI.

La especificación USB-C Tipo 2.1 (lanzada en mayo de 2021) aumentó la capacidad de energía del cable y el conector de 100W a 240W, lo que permite la entrega de energía a dispositivos más grandes y de alto consumo, como monitores 4K, bicicletas eléctricas y computadoras portátiles para juegos.

Si bien es fundamentalmente un protocolo de comunicación entre hosts y periféricos, el USB se ha convertido en una interfaz multifuncional. Los dispositivos modernos pueden admitir una o más de estas funciones avanzadas:

Un solo cable USB-C puede proporcionar suficiente energía para eliminar adaptadores separados para periféricos de alta demanda, como discos duros externos. Tenga en cuenta que no todos los dispositivos o puertos admiten la entrega de energía USB; consulte las especificaciones del producto para obtener detalles de compatibilidad.

La especificación BC 1.2 introdujo puertos de carga dedicados que permiten una carga más rápida y segura. Si bien los puertos USB 2.0 y 3.0 estándar ofrecen 500 mA y 900 mA respectivamente, los puertos compatibles con BC 1.2 proporcionan hasta 1,5 A, incluso durante la transferencia de datos, y permiten que los dispositivos comuniquen sus requisitos de energía para una carga óptima.

Esta función permite que los dispositivos móviles funcionen como hosts para periféricos como unidades flash, teclados y ratones. Los dispositivos compatibles con OTG requieren un adaptador para las conexiones de periféricos, al tiempo que mantienen su capacidad para servir como dispositivos de almacenamiento masivo conectados a la computadora.

Los conectores y cables USB-C pueden transmitir simultáneamente datos USB junto con señales de video/audio VGA, DVI, HDMI o DisplayPort. Los adaptadores permiten conexiones DisplayPort-over-USB-C a varios tipos de pantalla sin necesidad de controladores adicionales.

Esta tecnología admite la salida de video 4K simultánea a dos monitores DisplayPort, ideal para señalización digital y aplicaciones de juegos de alto rendimiento.

Las bases USB o Thunderbolt™ 3 compactas, del tamaño de un teléfono inteligente, pueden mejorar la conectividad de las MacBooks y las computadoras portátiles. Las últimas bases Thunderbolt™ 3 ofrecen notables velocidades de transferencia de datos bidireccionales de 40 Gbps para transferencias rápidas de archivos grandes, conectividad Ethernet por cable en áreas con deficiencia de Wi-Fi y video 4K de doble monitor con soporte de audio digital.